WLAN——研究生

1、 范天龙 计算机专业010203无线网络技术原理WLANCSMA/CA3 无线局域网（无线局域网（Wireless LAN/WLANWireless LAN/WLAN），无线局域网是指以无线局域网是指以无线信道作传输介质的计算机局域网络无线信道作传输介质的计算机局域网络(WLAN)(WLAN)，是在有，是在有线网的基础上发展起来的。线网的基础上发展起来的。 用户以电脑透过区域空间的用户以电脑透过区域空间的无线网卡无线网卡（Wireless Card / Wireless Card / PCMCIAPCMCIA卡）结合卡）结合访问点访问点（Access PointAccess Point）进行区

2、域无线）进行区域无线网路连接网路连接。 无线接入（无线接入（Wireless AccessWireless Access） 是指从网络的交换节点是指从网络的交换节点到用户子网或用户之间的全部或部分传输设施。到用户子网或用户之间的全部或部分传输设施。无线局域网简介无线局域网简介 4l 不需要不需要复杂的网络规划，复杂的网络规划，网路可连线端点数网路可连线端点数不再受限不再受限l 提高了网络适应性提高了网络适应性l 加速新业务的引入加速新业务的引入l 安装维护工作简单安装维护工作简单l 运营成本低运营成本低l 组网速度快、工程周期短组网速度快、工程周期短l 开发运营成本低开发运营成本低l 可靠性好

3、，抗可靠性好，抗灾害灾害能力强能力强l 结束了技术垄断和资源垄断结束了技术垄断和资源垄断 无线局域网的优势无线局域网的优势无线网络的分类无线网络的分类按照覆盖范围： 无线个域网（Wireless Private Area Network，W-PAN） 无线局域网（Wireless Local Area Network，W-LAN） 无线城域网（Wireless Metropolitan Area Network，W-MAN） 无线广域网（Wireless Wide Area Network，W-WAN）按照互联方式： 基础设施型基础设施型(主从型主从型) 自组网络型（对等型）自组网络型（对等型

4、）按照连接关系： 专点型（点对点） 网络型（多点互联）按照服务对象 个人专用型 公共服务型按照传输距离 超远程、远程、近距离、超近距离按照通信速率 高速、中低速 频率资源有限 易受干扰 容量小 传输带宽和效率较低 安全性较弱 QoS难以保障无线终端？移动终端？010203无线网络技术原理WLANCSMA/CAWLAN简介无线局域网（Wireless LAN，WLAN），又称无线以太网或WiFi，它由IEEE802.11标准定义。网络接口网络接口 网络接口可以选择在网络接口可以选择在OSIOSI参考模型的物理层或数据链路层。参考模型的物理层或数据链路层。 物理层接口物理层接口指使用无线信道替代通

5、常的有线信道，而物理层以上各指使用无线信道替代通常的有线信道，而物理层以上各层不变。这样做的最大优点是上层的网络操作系统及相应的驱动程序可层不变。这样做的最大优点是上层的网络操作系统及相应的驱动程序可不做任何修改。不做任何修改。 从从数据链路层数据链路层接入网络。这种接口方法采用更适合无线传输环境的接入网络。这种接口方法采用更适合无线传输环境的MACMAC协议。协议。AAA WEB AAA WEB WLAN网管网管ME60BAS认证计费认证计费系系统统IP骨干网骨干网城域城域汇汇聚网聚网APAPAPAPWLAN终终端端家庭用家庭用户户商商业业用用户户采用统一网管通过SNMP远程管理控制AP由B

6、AS提供宽带用户接入认证鉴权、计费无线信道管理、无线接入安全由AP控制WLAN网络结构示意图网络结构示意图 11WLANWLAN的工作模式：的工作模式： 1. 1.基础设施（基础设施（InfrastructureInfrastructure）模式）模式 2. 2.自组网络自组网络(Ad-hoc)(Ad-hoc)模式模式基础设施模式基础设施模式： 也称也称有中心网络有中心网络或或结构化网络。它由无线结构化网络。它由无线APAP、无线、无线终端构成。终端构成。覆盖覆盖的区域分的区域分BSSBSS（Basic Service SetBasic Service Set）和和ESSESS（Extende

7、d Service SetExtended Service Set）。无线访问点也称无线无线访问点也称无线APAP或无线或无线HubHub，用于，用于无线终端无线终端和有线网络之间接收、和有线网络之间接收、缓存和转发数据。无线缓存和转发数据。无线APAP通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米，如图所示百米，如图所示 。12 一个基本服务集一个基本服务集 BSS BSS 包括一个基站和若干个移动站，所有的包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本站在本 BSS BSS 以内都可以直接通信，但在和本以内都可以直接通信，但在和本 BSS BSS 以外的站以

8、外的站通信时都要通过本通信时都要通过本 BSS BSS 的基站。的基站。 13基础设施基础设施模型模型 基本服务集中的基站叫做接入点基本服务集中的基站叫做接入点 AP (Access Point) AP (Access Point)，其，其作用和网桥相似。作用和网桥相似。14 一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP AP连接到一连接到一个主干分配系统个主干分配系统 DS (Distribution System) DS (Distribution System)，然后再接入到，然后再接入到另一个基本服务集，另一个基本服务集，共同共同构成扩展的

9、服务集构成扩展的服务集ESS (Extended ESS (Extended Service Set)Service Set)。15 ESS 还可通过叫做门桥(portal)为无线用户提供到非 802.11 无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门桥的作用就相当于一个网桥。1617 移动站 A 从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集，而仍然可保持与另一个移动站 B 进行通信。2 2、自组织自组织网络网络模式模式u 也称对等也称对等模式，点对点模式模式，点对点模式或或独立基本服务集合（独立基本服务集合（Independent Independent Basic Service SetB

10、asic Service Set，）。，）。u 对等网络用于一台无线工作站（对等网络用于一台无线工作站（STA, StationSTA, Station）和另一台或多台其）和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入有线网络中，只能独立他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入有线网络中，只能独立使用。这是最简单的无线局域网结构。如上图所示：使用。这是最简单的无线局域网结构。如上图所示：18 自组网络没有上述基本服务集中的接入点自组网络没有上述基本服务集中的接入点 AP AP 而是由一些而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网

11、络。 19010203无线网络技术原理WLANCSMA/CA21 IEEE802.11 IEEE802.11服务：服务：l 联系联系（Association） 在一个结点和一个访问点之间建立一个初始的联系。在一个结点和一个访问点之间建立一个初始的联系。l 重联系重联系（Reassociation） 把一个已经建立联系的结点从一个访问点转移到另一个访问点，从而使把一个已经建立联系的结点从一个访问点转移到另一个访问点，从而使结点能够从一个基本服务集转移到另一个基本服务集。结点能够从一个基本服务集转移到另一个基本服务集。l 终止联系终止联系（Disassociation） 结点离开一个扩展访问集或关

12、机前需要通知访问点联系终止。结点离开一个扩展访问集或关机前需要通知访问点联系终止。l 认证认证（Authentication） 认证服务用于在互相需要通信的结点之间建立起彼此识别身份的标志。认证服务用于在互相需要通信的结点之间建立起彼此识别身份的标志。l 隐私权隐私权（Privacy） 标准提供的加密选项用于防止信息被窃听者收到，以保护隐私权。标准提供的加密选项用于防止信息被窃听者收到，以保护隐私权。IEEE802.11IEEE802.11数据链路层的数据链路层的MACMAC层又分为层又分为2 2个子层：个子层：1 1、点协调功能、点协调功能（Point Coordination Functi

13、on,PCFPoint Coordination Function,PCF）子子层层是通过在网中设置集中式的轮询主管是通过在网中设置集中式的轮询主管“点点”的方式，使的方式，使用轮询方法来解决多结点争用公用信道问题，提供无竞争用轮询方法来解决多结点争用公用信道问题，提供无竞争的服务。的服务。2 2、分布式协调功能、分布式协调功能(Distributed Coordination (Distributed Coordination Function,DCF)Function,DCF)子层子层使用了一种简单的使用了一种简单的CSMACSMA算法，没有冲突算法，没有冲突检测功能。检测功能。22IEE

14、E802.11IEEE802.11协议的介质访问控制协议的介质访问控制23802.11MAC层协议栈24802.11MAC层协议栈25802.11MAC层协议栈CSMA/CA CSMA/CA 协议的协议的工作流程：工作流程：欲发送数据的站先检测信道。在欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 802.11 标准中规定了在物理层的标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。通过收到的相对信号强度是否超空中接口进行物理层的载波监听。通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。若检测到信

15、道空闲，则在等待一段时间若检测到信道空闲，则在等待一段时间 DIFS DIFS 后就可发送后就可发送（考虑高（考虑高优先级的帧先发送）优先级的帧先发送）。目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔 SIFS SIFS 后，向源站发送确后，向源站发送确认帧认帧 ACK ACK。若源站在规定时间内没有收到确认帧若源站在规定时间内没有收到确认帧ACKACK（重传计时器（重传计时器超时超时），就必），就必须重传此帧，直到收到确认为止，或者经过若干次的重传失败后放须重传此帧，直到收到确认为止，或者经过若干次的重传失败后放弃发送。弃发送。当信道从忙变为空闲时，任何一个站都要先

16、等待当信道从忙变为空闲时，任何一个站都要先等待DIFSDIFS时间，然后进时间，然后进入争用窗口，等待随机退避时间，以减少碰撞的概率。入争用窗口，等待随机退避时间，以减少碰撞的概率。 27CSMA/CA工作原理28CSMA/CA工作原理29CSMA/CA工作原理课件制作人：谢希仁使用退避算法使用退避算法 仅在下面的情况下才不使用退避算法：检测到信道是仅在下面的情况下才不使用退避算法：检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是要发送的第一个数据帧。空闲的，并且这个数据帧是要发送的第一个数据帧。除此以外的所有情况，都必须使用退避算法。即：除此以外的所有情况，都必须使用退避算法。即：在发送第一个帧之前检测

17、到信道处于忙态。在发送第一个帧之前检测到信道处于忙态。在每一次的重传后。在每一次的重传后。在每一次的成功发送后。在每一次的成功发送后。 CSMA/CA的两种避免碰撞的有效机制1.虚拟载波侦听2.信道预约虚拟载波虚拟载波侦侦听听 虚拟载波虚拟载波侦侦听听(Virtual Carrier Sense)(Virtual Carrier Sense)的机制是让源站将的机制是让源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据。发送数

18、据。这样就大大减少了碰撞的机会。这样就大大减少了碰撞的机会。 “虚拟载波虚拟载波侦侦听听”是表示其他站并没有监听信道，而是由是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了于其他站收到了“源站的通知源站的通知”才不发送数据。才不发送数据。33信道预约信道预约34信道预约信道预约RTS 和和 CTS 帧以及数据帧和帧以及数据帧和ACK 帧的传输时间关系帧的传输时间关系 35信道预约信道预约？为什么WLAN中使用CSMA/CA而不能使用CSMA/CD1.原理上：原理上： CSMA/CD：带有冲突检测的载波侦听多路访问，发送包的同时可以检测到信道上有无冲突； CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多

19、路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量避免；2.传输介质传输介质方面：方面： CSMA/CD主要用于（总线型）有线以太网 CSMA/CA则用于无线局域网802.11x回答这个问题之前，让我们先来梳理一下两者的区别有哪些回答这个问题之前，让我们先来梳理一下两者的区别有哪些a. 对某个节点来说，其刚刚发出的信号强度要远高于来自其他节点的信号强度，也就是说它自己的信号会把其他的信号给覆盖掉3.检检测方式测方式： CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化 CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空